JP5761059B2 - 焼結機の操業方法及び焼結機の操業システム - Google Patents

焼結機の操業方法及び焼結機の操業システム Download PDF

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Description

本発明は、焼結機の操業方法及び焼結機の操業システムに関する。
製鉄所の高炉は、コークス及び石炭を燃焼し、発生したCOガスにより鉄鉱石を還元して銑鉄を製造する。鉄鉱石としては、主に、粉鉄鉱石を焼成した焼結鉱が用いられる。
焼結鉱の製造方法としては、一般に、下方吸引型焼結機を用いた焼成方法が用いられ、次のようにして行われる。
焼結原料は、主原料である鉄鉱石と、製鉄プロセスで発生する製鉄ダストなどの鉄含有原料と、焼結反応に必要となる石灰石および蛇紋岩などの副原料と、熱源としての粉コークス等の固体燃料とを配合して形成される。
焼結原料は、下方吸引型焼結機に装入する前に、ドラム型ミキサーなどの混合・造粒機を用いて、水添加しながら混合、造粒され、主として、粒径1MM以上の核粒子と、その周囲に付着した粒径0.5MM以下の付着粉とからなる擬似粒子となる。
擬似粒子とすることにより、焼結機への装入後、焼結パレット内に形成された焼結充填層内の通気性を維持し、焼結原料の焼結反応を促進し、高い生産性を確保することができる。
擬似粒子化された焼結原料は、焼結パレット内に装入され、原料充填層を形成した後、点火炉で、その表面のコークス粉に点火されるとともに、焼結機下部に空気吸引することにより、コークス粉の燃焼点を下方に移動させる。
燃焼熱により原料充填層の上層から下層にかけての焼結反応は順次進行し、焼結パレットが移動し排鉱部に到達するまでに焼結は完了する。焼結パレット内の焼結ケーキ(塊)は、排鉱部から排出された後、破砕され、所定粒度の高炉用の焼結鉱が製造される。
ここで、下方吸引型焼結機において、焼結原料充填層の上方より充填層に吸引された空気は、一般に、粉鉄鉱石の焼成に必要な粉コークスを燃焼させるために必要な量であるが、それ以上の量となる場合がある。この原因は、焼結機の漏風である。
即ち、パレット底面に装備されたグレートバーの破損、隣り合うパレット間のサイドウォールの連接部の隙間、さらにパレットシールバーの磨耗などにより、密閉構造に隙間が生じ、原料充填層を経由しない、即ち、焼結の焼成に寄与しない無駄な空気(漏風)が大量にウィンドボックス内に流れ込む。この漏風が多いと焼結鉱の製造にそれだけ無駄な動力が消費されることになり、経済的に大きな損失となるばかりではなく、漏風が多いパレットでは、焼結充填層の粉コークスを燃焼させる空気量が不足し、焼成不十分のまま排鉱部に到達し、焼結が完了してしまうため、歩留が低下してしまう。
本願発明者は、パレット位置認識装置を具備し、パレットに起因する漏風を長期間に亘って安定的に、かつ精度よく検知することが可能な焼結機の漏風検知装置を提案している(特許文献1)。
特開2010−7904号公報
しかし、特許文献1に記載の発明は、焼結機に数多くあるパレットのうち、漏風の多いパレットを特定するものである。漏風の多いパレットは、新たなパレットに交換すればよい。しかし、パレットの交換は、焼結機の補修時のみに限られる。ここで、焼結機の操業は、連続して操業する高炉に対応して、1〜2月の連続操業であり、補修の機会がまだ先の場合、長時間パレット交換ができず、漏風のある状態で焼結鉱の製造を継続しなければならないという問題がある。
本発明の目的は、焼結機の連続操業中に、漏風の多いパレットから製造される焼結鉱の焼成不足による歩留まり低下と品質低下を防止する焼結機の操業方法及び焼結機の操業システムを提供することである。
本発明者は、漏風の多いパレットから製造される焼結鉱の焼成不足による歩留まり低下と品質低下を防止する焼成鉱の製造方法を鋭意検討した。
その結果、漏風の多いパレットに対し、ウィンドボックスのダンパーを調節すること、及び、漏風の多いパレットの原料充填層の充填密度を小さくすることにより焼結鉱の焼成不足による歩留まり低下と品質低下を防止することができることの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、その発明の要旨は、以下のとおりである。
(1)ドワイトロイド式焼結機の操業状態を制御する焼結機の操業方法であって、
前記焼結機は、
ドワイトロイド式焼結機を構成する複数のパレットのそれぞれに設けられ、それぞれの
パレットの識別情報を担持した複数のRFIDタグと、
前記複数のパレットの走行路を形成する筐体に設けられ、周回する各パレットに設けら
れた前記RFIDタグとの間で電波を送受信可能な位置に設けられたアンテナと、
前記アンテナに接続され、各RFIDタグから送信された識別情報を受信するリーダ/
ライタと、
前記リーダ/ライタで受信された識別情報に基づいて、前記識別情報に係るパレットの
位置を認識するパレット位置認識手段と、
前記複数のパレットの下方に配置されるウィンドボックス内に設けられ、前記ウィンド
ボックス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、
前記リーダ/ライタ及び前記酸素濃度計が接続され、前記リーダ/ライタ及び前記酸素
濃度計から出力される信号に基づいて、前記焼結機の操業状態を制御する操業状態制御手
段とを備え、
前記パレット位置認識手段により、各パレットの位置を認識する工程と、
前記酸素濃度計により測定された酸素濃度に基づいて、各パレットに対応する酸素濃度
を取得する工程と、
前記各パレット毎に取得した酸素濃度の内、酸素濃度が所定値以上のパレットを特定する工程と、
特定した前記パレットがウィンドボックス間を移動する際に、特定した前記パレットが移動中のウィンドボックスのダンパーの開度を調整して、風量を増加させる工程を実施することを特徴とする焼結機の操業方法。
(2)(1)に記載の焼結機の操業方法において、
特定した前記パレットがウィンドボックス間を移動する際に、特定した前記パレットが移動中のウィンドボックスのダンパーの開度を調整して、風量を増加させる工程に替えて
特定した前記パレットへの装入原料の装入時に装入密度を低下させる工程を実施することを特徴とする焼結機の操業方法。
(3)(1)に記載の焼結機の操業方法において、
特定した前記パレットがウィンドボックス間を移動する際に、特定した前記パレットが移動中のウィンドボックスのダンパーの開度を調整して、風量を増加させる工程に替えて、
特定した前記パレットと全パレットの酸素濃度の平均値との差が所定値以上の場合、焼結機の走行速度を低下させる工程を実施することを特徴とする焼結機の操業方法。
(4)(1)乃至(3)のいずれかに記載の焼結機の操業方法において、
特定した前記パレットは、前記パレット酸素濃度の値が、全パレットの酸素濃度の平均値より2%以上高いパレットであることを特徴とする焼結機の操業方法。
焼結機の連続操業中に、漏風の多いパレットから製造される焼結鉱の焼成不足による歩留まり低下と品質低下を防止する焼結機の操業方法及び焼結機の制御システムを提供することができる。
本発明のパレット位置認識装置を設けた焼結機を示し、(A)は平面図、(B)は側面図である。 図1のA−A線から見た断面図である。 本発明のパレット位置認識装置の構成概略を示す図である。 本発明のパレット位置認識装置および漏風検知装置を設けた焼結機を示し、(A)は平面図、(B)は側面図である。 図4のB−B線から見た断面図である。 本発明の漏風検知装置の構成概略を示す図である。 第一の実施形態のフロー図である。 酸素濃度計による排風中の酸素濃度の推移を示し、(A)は1周目、(B)は2周目、(C)は3周目を示す図である。 (A)パレット毎の排風中の酸素濃度を示し、(A)は1周目と2周目、(B)は1周目と3周目、(C)は2周目と3周目の関係を示す図である。 原料装入密度の調整方法を示した図。 パレット1と、ウィンドボックス2と、ウィンドボックスダンパー17の関係を示す図。 全パレットAの平均と、漏風が多い特定パレットBの説明図である。 第五の実施形態のシステム構成の概略を示す図である。
まず、本発明のパレット位置認識装置及び漏風検知装置の概略について説明する。尚、その詳細は、本願出願人による前記特許文献1に記載している。
図1、図2に、本発明のパレット位置認識装置を設けた焼結機を示す。パレット1では、グレート7の上に原料30が充填されている。RFIDタグ11は、パレット1の側面部に装着される。アンテナ12(RFIDタグの信号読み取り装置)は、RFIDタグ11に正対する向きに焼結機5の筐体に固定して設置する。 アンテナ12から発信する送信波に対し、応答信号としてRFIDタグ11から返ってくる送信波をアンテナ12が受信する。そしてアンテナ12からリーダ/ライタ13へ受信信号が入力される。次に受信信号は、リーダ/ライタ13から信号処理部14に送られ、識別信号に含まれる情報から、RFIDタグ番号すなわちパレット番号を認識する。以上より、アンテナ12の前を通過するRFIDタグ11が取り付けられたパレット番号が認識できる。図3の信号処理部14において、あらかじめ記憶したパレット1の配置順およびパレット番号の配列順により、焼結機上の各パレットの位置が認識できる。
また、パレット1の位置確認、即ち、パレット1が、焼結機のどのウィンドボックスの上を通過中であるかは、図3のパレットの速度検出器15により、以下の方法で確認することもできる。図3の信号処理部14において、あらかじめ記憶したパレット1の配置順およびパレット番号の配列順と一連のパレット1の操業の初期状態である初期位置とを基に、速度検出器15によるパレット速度に基づいて、各パレット1の焼結機5の長手方向における位置を認識する。例えば、一連のパレット1が100台のパレットで構成され、それぞれのパレット1に順に1番から100番までの番号付けをしておく。そして、操業の初期状態として、ある時刻T0に1番パレットの前端が焼結機5の入り側の基準位置にあるとする。以上の一連のパレット1の配置状態の情報を基にして、ある時刻TMにおいてパレット1に装着しているRFIDタグ11による位置認識を実施するのに際して、速度検出器15による速度検出値VMと時間(TM−T0)とから、当該パレットの焼結機5内での進行距離LM(LM=VM×(TM−T0))が算出でき、進行距離LMと1番パレットと当該パレットとの距離とから、上記基準位置に対する当該パレット1の位置を導出することができる。
RFIDタグ11による位置認識とパレットの速度検出による位置認識に一定の差異が生じた場合は、それぞれのパレット番号を照合する。アンテナ12が、RFIDタグ11のパレット番号を読み飛ばした場合等のトラブルを補完し、誤認識を防止する。
図3は、本発明のパレット位置認識装置の構成概略を示す。リーダ/ライタ13からの信号は、RFID入力部19に入力され、パレット位置演算部23で処理される。一方、速度検出器15で検出された信号は、速度信号入力部20に入力され、誤認防止部22で、RFIDタグによる位置情報との照合を行い、位置の誤認識を防止する。尚、上記のリーダ/ライタ13、RFID入力部19、および、信号処理部14に含まれる各部が備える測定のための機能は、測定制御部24による制御に基づいて実行される。
図4、図5に、本発明のパレット位置認識装置および漏風検知装置を設けた焼結機を示す。レーザー式酸素濃度計16は、ウィンドボックス2の側壁の上部に設置されている。
図6は、本発明の漏風検知装置のシステム構成概略を示す。レーザー式酸素濃度計16により測定された情報は、信号処理部14で処理され、パレット毎に排風中の酸素濃度を認識することができる。
[第一の実施形態]
第一の実施形態のフローを図7に示す。各パレットに取り付けたRFID11のタグ情報(S1)をアンテナ12に受信(S2)し、RFIDタグ情報は、リーダ/ライタ13を通して送信(S3)し、信号処理部に入力される。一方、速度検出器15による各パレットの速度検出情報(S4)および、レーザー式酸素濃度計16による酸素濃度情報(S(5)は、信号処理部14に入力される。信号処理部14で、RFIDタグ情報、パレットの速度検出情報及び酸素濃度情報より、信号処理(S6)を行い、各パレット毎の漏風情報(S7)を取得する。そして、各パレット毎の漏風情報に応じて、当該パレットに対応するウィンドボックスのダンパー開閉処理(S8)を行う。
焼成面積700Mの大型焼結機に、パレット位置認識装置及び漏風検知装置を取り付け、パレット毎の漏風調査テストを行った。全ての194のパレットの側面部に、RFIDタグ11を取り付け、ウィンドボックス35個のうち給鉱部から14番目のウィンドボックスの位置にRFIDタグの信号読み取り装置(アンテナ12)を取り付けた。
パレット位置認識装置により、RFIDタグのパレット番号を読み込み、当該パレットが酸素濃度計レーザー式酸素濃度計の取り付けウィンドボックスに到達したときの排風中の酸素濃度を測定した。測定結果の推移を図8に示す。排風中の酸素濃度は、5.5〜8.5%で変動し、パレット毎に漏風が相違することが分かった。排風中の酸素濃度が高いことは、空気中の酸素が焼結反応に寄与しない漏風が大きいことを意味する。
図9に、パレットが、焼結機を周回する場合の1周目〜3周目のパレット毎の排風中の酸素濃度を測定した結果を示す。#61、#75パレットは排風中の酸素濃度が高く、漏風が多いことを示している。これに対し、#144パレットの漏風は少ない。
漏風が多いパレットは、焼成に有効な風量が不足するので、当該パレットに対応するウィンドボックスのダンパー開度を調整することにより、当該パレットの有効風量を増加させる方策を検討した。その結果を表1に示す。
Figure 0005761059
前記図9において、全パレットの平均の酸素濃度は、略6.0%に対し、酸素濃度が高い#61パレットの酸素濃度は略8.0%であり、その差は略2.0%であった。又、全体の漏風率は28%であり、風量原単位が1800NM/T・Sであった。従って、全パレットの平均漏風量は500NM/T・S(1800×0.28)であり、有効風量は、1300NM/T・S(1800−500)である。
漏風が多い#61パレットの漏風量は673NM/T・S(500+1300×2/15・・・計算は後述)であり、有効風量は、1127NM/T・S(1800−673)である。有効風量は、全パレットの平均1300NM/T・Sに対して173NM/T・S少なかった。
漏風が多い#61パレット有効風量は、全パレット平均の87%にとどまったため、焼結鉱の焼成が不十分となり、当該パレットの焼結鉱の成品歩留が72%にとどまった。
そこで、ウィンドボックスのダンパー開度を開けて、173NM/T・Sの増量をすることにより当該パレットの有効風量を全パレット平均と同等の1300NM/T・S(1127+173)を確保し、焼結鉱の成品歩留も83%を確保することができた。
[第二の実施形態]
漏風が多いパレットは、焼成に有効な風量が不足するので、当該パレットに対応する原料装入密度を調整することにより、当該パレットの有効風量を増加させる方策を検討した。その結果を表2に示す。
Figure 0005761059
漏風が多い#61パレットの有効風量は、全パレット平均の87%にとどまったため、焼結鉱の焼成が不十分となり、焼結鉱の成品歩留が低下する。これに対し、原料装入密度を1.50に低下させることにより、有効風量を全パレット平均と同等の1300NM/T・Sを確保し、焼結鉱の成品歩留も83%を確保することができた。
図10に原料装入密度の調整方法を示した。焼結原料は、原料装入装置により定量に切り出され、パレット上に装入される。装入ホッパー33からドラムフィーダー34により切り出された原料は、原料装入サブゲート35、原料装入シュートを経てパレット上に堆積する。押さえ込み板は、パレットの底にあるグレート表面から一定の距離にセットされており、パレット上に堆積した原料を所定の層厚に押さえ込む。原料の堆積量が多い場合は、原料の押さえ込みにより原料充填密度が大きくなる。
[第三の実施形態]
漏風が多いパレットは、焼成に有効な風量が不足するので、当該パレットに対応する焼結鉱の歩留が低下する。その結果、焼結鉱全体の歩留の平均値を低下させる。そこで、焼結機の走行スピードを減速し、漏風が多いパレットの焼成完了後に排鉱することにより、焼結鉱全体の歩留の低下を防止することができる。
[第四の実施形態]
漏風が多いパレットは、焼成に有効な風量が不足するので、当該パレットに対応する焼結鉱の歩留が低下する。その結果、焼結鉱全体の歩留の平均値を低下させる。そこで、焼結機の排風メインブロアーのダンパー操作により、風量を減少させ、焼結フレーム・フロントスピードを下げることで、焼結鉱全体の歩留の低下を防止する。
[第五の実施形態]
第五の実施形態は、RFIDタグを有するパレット位置認識装置と、レーザー式酸素濃度計を有する漏風検地装置とを備えたDL式焼結機の操業システムにおいて、パレット位置認識装置により、各パレットの位置を認識する手段と、焼結機の特定の位置におけるウィンドボックス中の酸素濃度を測定する手段と、各パレットが前記特定の位置にある場合の各パレットの前記酸素濃度の値に応じて、焼結操業条件を変更する手段を有することを特徴とする焼結機の操業システムである。
「パレット位置認識装置により、各パレットの位置を認識する手段」とは、前記段落「0020」に記述したパレット位置認識装置により、各パレットの位置を認識する手段である。
「焼結機の特定の位置におけるウィンドボックス中の酸素濃度を測定する手段」とは、前記段落「0022」に記述したレーザー式酸素濃度計16が取り付けられたウィンドボックス中の酸素濃度をレーザー式酸素濃度計16により測定する手段である。
「各パレットが前記特定の位置にある場合の各パレットの前記酸素濃度の値に応じて、焼結操業条件を変更する手段」とは、各パレットがレーザー式酸素濃度計16が取り付けられたウィンドボックスの上を通過する時に、測定されるウィンドボックス中の酸素濃度の値に応じて焼結操業条件を変更する手段である。
以下、ウィンドボックス中の酸素濃度の値に応じてウィンドボックスのダンパー開度を調整し、ウィンドボックスの排風量を変更する場合について説明する。
図11に、パレット1と、ウィンドボックス2と、ウィンドボックスのダンパー17の関係を示す。図11で、例えば、漏風が多い#61パレットが、#36ウィンドボックスの上にある時は、当該ウィンドボックスのダンパー17の開度を開け、当該ウィンドボックスの排風量を増加し、当該パレットの有効風量を他のパレットと同等に確保する。
次に、図11で、#61パレットが、#36ウィンドボックス上を通過し、#37ウィンドボックスの上にある時には、#36ウィンドボックスのダンパー17の開度を元に戻し、#37ウィンドボックスのダンパー17の開度を開け、当該パレットの有効風量を他のパレットと同等に確保する。
漏風が多い特定パレットの有効風量を他のパレットと同等に確保するには、下記の式(3)に従う。即ち、
全パレットAの酸素濃度の平均値から算出される酸素バランスは、式(1)である。
漏風が多い特定パレットBの酸素バランスは、式(2)である。
Q×(D/100)+Q×(21/100)=(Q+Q)×(A/100)・・・・・・・・・・(1)
(Q−ΔQ)×(D/100)+(Q+ΔQ)×(21/100)=(Q+Q)×(8/100)・・・(2)
式(1)より、Qについて解くと、
Q=(A−D)/(21−A)
これを(2)に代入して、ΔQについて解くと、
ΔQ=(B−A)/(21−A)×Q・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
即ち、漏風が多い特定パレットBは、ΔQだけ、排風量を増やすようにウィンドボックス2のダンパー17を調整すればよい。
ここで、Qは全パレットAの平均の排風量、Qは全パレットAの平均の漏風量、ΔQは漏風が多い特定パレットBの漏風量の増分、Dは全パレットAのパレットを通過した排風中の平均の酸素濃度、Aは全パレットAの排風中の平均の酸素濃度、Bは漏風が多い特定パレットBの排風中の酸素濃度である。
図12は、全パレットAの平均と、漏風が多い特定パレットBの説明図である。パレット上の原料を通過してきた風量をQ、漏風量をQとして考えた。
図13は、本実施形態のシステム構成の概略を示す。リーダ/ライタ13からの信号、速度検出器15からの信号及び酸素濃度入力部21に入力された信号は、信号処理部14で処理される。信号処理部14で処理された各パレットの酸素濃度と位置認識の情報は、ウィンドボックスのダンパー開閉処理部18で処理される。漏風信号入力部27に入力された信号は、演算部28で各ウィンドボックスのダンパーの開度を演算し、開度指示の情報は、出力部29によりウィンドボックスのダンパー17に指示される。
以上、前記第一実施の形態における焼結機の操業システムについて説明したが、第二乃至第四の実施形態においても、図6の信号処理部25の情報に基づき焼結操業条件を変更することは、同様である。
焼結機の連続操業中に、漏風の多いパレットから製造される焼結鉱の焼成不足による品質低下を防止する焼成鉱の製造方法を提供することができる。
1 パレット
2 ウィンドボックス
5 焼結機
11 RFIDタグ
12 アンテナ
13 リーダ/ライタ
14 信号処理部
15 速度検出器
16 レーザー式酸素濃度計
17 ウィンドボックスのダンパー
18 ウィンドボックスのダンパー開閉処理部
19 RFID入力部
20 速度信号入力部
21 酸素濃度信号入力部
22 誤認識防止部
23 パレット一演算部
24 測定制御部
25 出力部・
27 漏風信号入力部
28 演算部
29 出力部
30 原料
33 装入ホッパー
34 ドラムフィーダー
35 サブゲート

Claims (4)

  1. ドワイトロイド式焼結機の操業状態を制御する焼結機の操業方法であって、
    前記焼結機は、
    ドワイトロイド式焼結機を構成する複数のパレットのそれぞれに設けられ、それぞれの
    パレットの識別情報を担持した複数のRFIDタグと、
    前記複数のパレットの走行路を形成する筐体に設けられ、周回する各パレットに設けら
    れた前記RFIDタグとの間で電波を送受信可能な位置に設けられたアンテナと、
    前記アンテナに接続され、各RFIDタグから送信された識別情報を受信するリーダ/
    ライタと、
    前記リーダ/ライタで受信された識別情報に基づいて、前記識別情報に係るパレットの
    位置を認識するパレット位置認識手段と、
    前記複数のパレットの下方に配置されるウィンドボックス内に設けられ、前記ウィンド
    ボックス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、
    前記リーダ/ライタ及び前記酸素濃度計が接続され、前記リーダ/ライタ及び前記酸素
    濃度計から出力される信号に基づいて、前記焼結機の操業状態を制御する操業状態制御手
    段とを備え、
    前記パレット位置認識手段により、各パレットの位置を認識する工程と、
    前記酸素濃度計により測定された酸素濃度に基づいて、各パレットに対応する酸素濃度
    を取得する工程と、
    前記各パレット毎に取得した酸素濃度の内、酸素濃度が所定値以上のパレットを特定する工程と、
    特定した前記パレットがウィンドボックス間を移動する際に、特定した前記パレットが移動中のウィンドボックスのダンパーの開度を調整して、風量を増加させる工程を実施することを特徴とする焼結機の操業方法。
  2. 請求項1に記載の焼結機の操業方法において、
    特定した前記パレットがウィンドボックス間を移動する際に、特定した前記パレットが移動中のウィンドボックスのダンパーの開度を調整して、風量を増加させる工程に替えて
    特定した前記パレットへの装入原料の装入時に装入密度を低下させる工程を実施することを特徴とする焼結機の操業方法。
  3. 請求項1に記載の焼結機の操業方法において、
    特定した前記パレットがウィンドボックス間を移動する際に、特定した前記パレットが移動中のウィンドボックスのダンパーの開度を調整して、風量を増加させる工程に替えて、
    特定した前記パレットと全パレットの酸素濃度の平均値との差が所定値以上の場合、焼結機の走行速度を低下させる工程を実施することを特徴とする焼結機の操業方法。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の焼結機の操業方法において、
    特定した前記パレットは、前記パレット酸素濃度の値が、全パレットの酸素濃度の平均値より2%以上高いパレットであることを特徴とする焼結機の操業方法。
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